KR100805866B1 - 외압형 회전분리막 처리장치 및 이를 구비한 오폐수처리장치 - Google Patents

Abstract

외압형 회전분리막 처리장치를 구비한 오폐수 처리장치가 개시된다. 회전분리막 처리장치는 밀폐형 케이싱과 그 내부에 설치된 중공사막모듈로 구성된다. 케이싱은 처리 대상 오폐수의 반응조 외측에 설치되며, 반응조로부터 오폐수가 유입되는 유입구, 슬러지 배출구, 및 처리수 배출구를 구비한다. 중공사막모듈은 다수의 중공사막이 배치되어 구성된 단위모듈들이 복수 개 포함되어 구성되며, 케이싱 내에서 모터에 의해 회전한다. 각 단위모듈은 그 내부의 중공사막들의 외면을 지지하는 다공성 보호막을 포함한다. 이에 의하면, 외압형 회전분리막 처리장치의 구성에 의하여 MBR 공정에서의 다양한 장점을 가질 수 있으며, 이때 중공사막의 고형물 제거를 위한 난류 발생시 중공사막이 다공성 보호막에 의해 보호되어 전단력에 의해 끊어지는 현상이 방지된다.

외압형, 회전분리막, 오폐수, 중공사막, 다공성 보호막

Description

외압형 회전분리막 처리장치 및 이를 구비한 오폐수 처리장치 {Separation membrane device, and Wastewater processing apparatus employing the same}

도 1 은 종래의 오폐수 처리장치의 일 예를 도시한 도면,

도 2 및 도 3 은 MBR 공정을 채용한 종래의 오폐수 처리장치의 일 예를 도시한 도면,

도 4 는 도 2 및 도 3 에 채용되는 중공사막 및 중공사막 모듈을 도시한 도면,

도 5 는 도 4 의 중공사막 모듈에 부착된 고형물을 제거하기 위해 공기를 주입하는 상태를 도시한 도면,

도 6 은 본 발명에 따른 오폐수 처리장치의 개념을 설명하기 위한 도면,

도 7 은 도 6 의 외압형 회전분리막 처리장치의 상세 구성을 도시한 측단면도,

도 8 은 도 7 의 평단면도,

도 9 는 도 8 의 단위모듈의 확대도,

도 10 은 도 9 의 측면도,

도 11 내지 도 13 은 도 7 에 도시된 외압형 회전분리막 처리장치가 채용된 오폐수 처리장치의 각 실시예들을 도시한 도면이다.

본 발명은 외압형 회전분리막 처리장치 및 이를 구비한 오폐수 처리장치에 관한 것이다.

도 1 에 도시된 기존의 오폐수 처리장치는 혐기조, 무산소조, 호기조, 및 침전지를 포함하여 구성된다. 이러한 장치에 의해 혐기 공정, 무산소 공정, 호기 공정, 및 슬러지와 처리수를 분리시키는 침전 공정 등이 이루어진다.

기존의 처리공정은 운전조건의 변화에 따른 슬러지의 침전성이 악화되어 미 침전된 슬러지가 최종침전지에서 유출되어 결국에는 처리수를 악화시키는 사례가 많았다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 개발된 것이 MBR(Membrane Bio-Reactor)공정으로, 도 2 에 도시된 바와 같이 침전지 대신 분리막을 반응조(호기조)에 침지시켜 처리수와 슬러지를 분리함으로써 안정적인 처리수를 확보할 수 있고 반응조내의 미생물 농도를 높게 유지하여 체류시간을 절감할 수 있었다. 그러나, 이러한 MBR공정은 질소 및 인제거를 위하여 호기조에서 혐기조 및 무산소조로 반송을 실시하게 되는데 반송을 통하여 용존산소와 질산성질소가 다량 반송되어 인 제거 효율을 저하시키고 용존산소가 무산소조로 반송되어 질소제거 저하를 초래하였다.

이러한 단점을 극복하고자 도 3 과 같이 안정화조 및 조정조를 도입하여 용존산소 및 질산성질소의 영향을 최소화하였으나 이로 인하여 반송이 복잡해지고 반송량이 증가하게 되어 운영비의 증가가 발생하였다.

이러한 MBR 공정에서는 침지형 분리막으로서 평막 또는 중공사막(hollow fiber)이 사용되는데, 중공사막을 이용할 경우 중공사막을 모듈형태로 제작하여 사용하고 있다. 도 4 를 참조하면, 하나의 중공사막은 그의 측면을 통해 오폐수가 유입되어 고형물이 걸러진 후 그의 관상 단부를 통해 처리수가 배출되는 구조를 가지며, 이러한 중공사막을 다수 배치하여 모듈 형태로 제작함으로써 물리적인 지지력을 확보한다.

분리막을 반응조에 침지시켜 처리수와 고형물 분리를 수행하게 되면 고농도의 고형물로 인하여 막 표면의 오염이 급격히 진행되게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 막모듈 하부에서 난류를 발생시키기 위한 공기를 주입하는 방법이 주로 사용되고 있다(도 5). 평막의 경우도 동일한 방법으로 막의 막힘을 방지하기 위한 노력을 하고 있다.

MBR의 주요 장점은 반응조 내의 고농도의 미생물을 확보하는 것으로, 개발 초기에는 이러한 목적으로 반응조의 고형물 농도를 20,000~25,000mg/L로 유지하였으나 고형물에 의한 막의 막힘 현상이 급격히 진행되어 현재는 대부분의 MBR은 반응조 내의 고형물 농도를 7,000~10,000mg/L정도로 유지한다. 이러한 고형물 농도는 기존 공정의 생물반응조에 여재를 투입하여도 유지할 수 있는 농도로 MBR의 장점을 살리지 못하고 있다. 특히 침지형 분리막을 사용하는 MBR은 반응조 위치에 따라 고형물 농도가 상이하게 되는데, 도 2 의 MBR공정에서 호기조의 고형물 농도가 10,000mg/L 정도를 유지하여도 혐기조는 3,500~5,000mg/L, 무산소조는 5,000~7,000mg/L 정도로 유지되어 전체 반응조를 고려할 때 고형물 농도가 낮게 유 지되어 MBR공정의 장점을 활용하지 못하는 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 MBR 공정에서 침지형 분리막을 사용함에 따른 전술한 바와 같은 단점을 극복하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 처리 대상 오폐수의 반응조 외측에 설치되며, 상기 반응조로부터 오폐수가 유입되는 유입구, 슬러지 배출구, 및 처리수 배출구를 구비한 밀폐 구조의 케이싱; 및 다수의 중공사막이 배치되어 구성된 단위모듈들이 복수 개 포함되어 구성되며, 상기 케이싱 내에서 회전 가능하게 지지되어 있는 중공사막모듈;을 포함하는 외압형 회전분리막 처리장치를 제공한다. 여기에서 각각의 상기 단위모듈은 그 내부의 상기 중공사막들의 외면을 지지하는 다공성 보호막을 포함한다.

이에 따르면 외압형 회전분리막 처리장치의 구성에 의하여 MBR 공정에서의 다양한 장점을 가질 수 있으며, 이때 중공사막의 고형물 제거를 위한 난류 발생시 중공사막이 다공성 보호막에 의해 보호되어 전단력에 의해 끊어지는 현상이 방지된다.

한편, 상기 중공사막모듈은 모터에 의해 회전하며, 이때 상기 모터는 정역방향 회전이 가능한 모터로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기와 같은 외압형 회전분리막 처리장치를 포함하여 구 성된 오폐수 처리장치가 제공된다.

도 6 은 본 발명에 따른 오폐수 처리장치의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에 따른 오폐수 처리장치는, 도 2 및 도 3 에 도시된 침지형 분리막을 채용하지 않고 반응조 외측에 별도로 분리막(외압형 회전분리막 처리장치)를 채용하고 있다. 즉, 도 6 에 도시된 바와 같이, 오폐수 처리장치는 혐기조, 무산소조, 호기조를 구비하고 있고, 이러한 기본 구성에 따른 오폐수의 유입과 혐기, 무산소, 호기 공정, 및 내부 반송과 슬러지 반송의 공정은 도 1 에 도시된 종래의 오폐수 처리장치와 기본적으로 유사하다. 그러나, 본 발명에 따른 오폐수 처리장치는 반응조의 외측에 설치되어 있는 외압형 회전분리막 처리장치(100)를 구비하고 있는 점이 상이하다.

도 7 은 도 6 의 외압형 회전분리막 처리장치의 상세 구성을 도시한 측단면도이고, 도 8 은 도 7 의 평단면도이다.

외압형 회전분리막 처리장치(100)는 반응조(도 6 에서는 호기조)로부터 유입된 오폐수로부터 고형물을 걸러내어 농축슬러지와 처리수를 배출하는 기능을 한다. 이를 위하여, 외압형 회전분리막 처리장치(100)는 밀폐된 케이싱(20)을 구비하며, 케이싱(20)에는 반응조로부터 오폐수가 유입되는 유입구(22), 그 내부에서 걸러내어진 슬러지를 배출하는 배출구(26), 및 슬러지가 걸러진 처리수를 배출하는 배출구(24)를 구비한다.

케이싱(20) 내에는 중공사막모듈(30)이 설치되어 있다. 중공사막모듈(30)은 회전축(31), 지지판(33), 및 다수의 단위모듈(35)을 포함하여 구성된다.

회전축(31)은 그 양단이 케이싱(20) 내에서 회전가능하게 지지됨으로써 중공사막모듈(30)이 케이싱(20) 내에서 회전가능하도록 지지하는 기능을 한다.

지지판(33)은 회전축(31)의 양 단부 부근에 고정된 원판의 형태를 가지며, 회전축(31)과 함께 회전한다. 다수의 단위모듈(35)은 그 양단부가 지지판(33)의 각 내측면에 고정되어 있다. 따라서, 지지판(33) 회전시 단위모듈(35) 또한 함께 회전한다.

단위모듈(35)은 도 9 및 도 10 에 도시된 바와 같이 다수의 중공사막(35a)과 다공성 보호막(35b)을 포함하여 구성된다. 즉, 단위모듈(35)은 다수의 중공사막(35a)이 밀집되어 나란히 배치된 상태를 기본으로 하여, 그 둘레를 원통형상의 다공성 보호막(35b)이 둘러싼 형태를 갖는다. 다공성 보호막(35b)은 단위모듈(35)의 외형을 지지하여 유지하는 기능을 하며, 또한 이와 같이 단위모듈(35)의 외형이 유지되도록 중공사막(35a)의 다발을 둘러싼 상태에서 케이싱(20) 내의 오폐수가 그 내부의 중공사막(35a)으로 유입되도록 오폐수를 통과시키는 기능을 한다.

케이싱(20)의 외측에는 모터(50)가 설치되어 있다. 이 모터(50)는 회전축(31)을 회전시킴으로써 중공사막모듈(30) 전체를 회전시킨다. 이에 의해 케이싱(20) 내에 난류가 발생하며, 난류 발생의 효과를 높이기 위해 케이싱(20)의 내측면에는 블레이드 형상의 난류 유도판(40)이 복수 개 설치되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 외압형 회전분리막 처리장치는 다음과 같은 작용을 한다.

혐기조, 무산소조, 호기조를 거친 오폐수는 고형물을 걸러내기 위해 외압형 회전분리막 처리장치(100)로 유입된다. 즉, 오폐수는 호기조로부터 케이싱(20) 내부로 유입구(22)를 통해 유입된다.

케이싱(20) 내로 유입된 오폐수는 다수의 중공사막(35a)을 통과하면서 중공사막(35a)에 의하여 고형물이 걸러지고, 이와 같이 고형물이 걸러진 처리수는 처리수 배출구(24)를 통해 외측으로 배출되며 걸러진 고형물은 슬러지 배출구(26)를 통해 배출되어 반송된다. 이와 같은 과정이 반복됨에 따라, 중공사막(35a)의 외표면에는 고형물이 점착되며, 고형물의 점착량이 증가함에 따라 외압형 회전분리막 처리장치(100)의 오폐수 처리 능력이 떨어지게 되므로 고형물을 제거할 필요가 생긴다. 이때, 외압형 회전분리막 처리장치(100)는 케이싱(20)이 밀폐형 구조를 가지므로 공기를 분사하여 고형물을 제거하는 것이 어려우므로, 모터(50)의 회전에 의한 케이싱(20) 내의 난류에 의해 고형물을 제거한다.

모터(50)의 회전에 의해 발생되는 난류에 의해 중공사막(35a)에 점착된 고형물이 제거되는 동안, 회전에 의해 발생하는 전단력에 의해 중공사막(35a)이 끊어질 우려가 있다. 그러나, 본 발명에서는 다수의 중공사막(35a)의 다발을 하나의 유니트로 하는 단위모듈(35)의 외부가 다공성 보호막(35b)에 의하여 보호되므로 전단력에 의해 중공사막(35a)이 끊어지는 것이 방지된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 회전형 중공사막모듈(30)은 강력한 회전을 통하여 난류를 발생시켜 막 표면에 고형물로 인한 막힘현상을 방지할 수 있으면서도 중공사막(35a)이 보호막(35b)으로 지지 되기 때문에 회전에 의한 전단력에 중공사막(35a)이 끊어지는 것을 방지할 수 있다.

이와 같은 외압형 회전분리막 처리장치(100)를 이용한 MBR공정은 처리수와 슬러지를 반응조 외부에 위치한 분리막에서 수행하기 때문에 슬러지 농축이 이루어져 고농도의 슬러지가 반송되어 혐기조의 고형물 농도가 높게 유지할 수 있으며, 또한 혐기조로 용존산소 및 질산성질소의 유입을 최소화할 수 있다.

또한, 막을 약품을 이용하여 세정시 침지형 막은 별도의 약품세정조가 필요할 뿐만 아니라 반응조에서 세정이 필요한 막 모듈을 제거하여 세정조로 이동시켜야 하므로 작업이 번거롭고 운영자들의 근무환경이 저하된다. 그러나, 외압형은 모듈이 삽입된 케이싱(20)이 세정조 역할을 하기 때문에 별도의 약품세정조가 필요하지 않고, 막을 이동시킬 필요가 없기 때문에 약품세정이 용이하고 근무환경이 개선된다. 또한 약품세정시 막을 정회전 및 역회전을 반복하여 세정효과를 극대활 할 수 있으며, 이를 위하여 모터(50)는 정역회전이 가능한 모터가 채용되는 것이 바람직하다.

외압형 MBR은 반응조와 막분리 공정이 분리되어 있기 때문에 반응조에 여재를 투입하기 용이하다(도 11). 도 12 는 외압형 분리막을 도입한 MBR공정으로 조정조를 도입하고 반응조에 여재를 투입하여 미생물 농도를 극대화 하고 처리효율을 향상시킨 실시예이다. 도 13 은 회분식 반응조에 외압형 분리막을 도입한 실시예이다.

본 발명에 따르면, 외압형 회전분리막 처리장치의 구성에 의하여 MBR 공정에서의 다양한 장점을 가질 수 있으며, 이때 중공사막의 고형물 제거를 위한 난류 발 생시 중공사막이 다공성 보호막에 의해 보호되어 전단력에 의해 끊어지는 현상이 방지된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이며, 이러한 변형은 본 발명의 보호범위에 속할 것이다.

Claims (4)

1. 처리 대상 오폐수의 반응조 외측에 설치되며, 상기 반응조로부터 오폐수가 유입되는 유입구, 슬러지 배출구, 및 처리수 배출구를 구비한 밀폐 구조의 케이싱; 및

   다수의 중공사막이 배치되어 구성된 단위모듈들이 복수 개 포함되어 구성되며, 상기 케이싱 내에서 회전 가능하게 지지되어 있는 중공사막모듈;을 포함하여 구성되며,

   각각의 상기 단위모듈은 그 내부의 상기 중공사막들의 외면을 지지하는 다공성 보호막을 포함하는 것을 특징으로 하는 외압형 회전분리막 처리장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 중공사막모듈을 회전시키는 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외압형 회전분리막 처리장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 모터는 정역방향 회전이 가능한 모터인 것을 특징으로 하는 외압형 회전분리막 처리장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 외압형 회전분리막 처리장치를 포함하여 구성된 오폐수 처리장치.

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